测雨微波辐射计与雷达联合观测实验

如何定量地测量降水,为人们所关切。雨是大气中的热辐射源,因此微波辐射计可以作为检测降水的工具;微波辐射计在测量某方向上大气中降水的总量,已取得了成效,但是对于降水分布测量尚有缺陷。雷达测量雨的反射回波,并能探明降水的分布。但是由于雨滴谱等参数的不定性,给探测雨强方面带来较大的误差。若将微波辐射计和雷达联合测雨,必能提高测量雨强分布的精度。为此我们研制了测雨(3cm)微波辐射计,将     

区域降水分布定量测量及其在IMGRASS综合试验中的应用方案研究

在综合分析现有地基测量降水时空分布方法及设备条件的基础上,我们选择了雷达－雨量计联合测雨及雷达－辐射计联合遥感降水分布方法作为ＩＭＧＲＡＳＳ综合试验中的降水测量方案。除了介绍方法的原理、探测方案外,还讨论了误差来源及改进措施。     

联合遥感技术对X波段雷达反射率的衰减订正

由于在使用X波段雷达时,必须要对雷达反射率进行衰减订正,本文发展了X波段雷达和微波辐射计联合遥感技术对雷达反射率进行衰减订正的方法。并选用两个不同降水系统个例(积层混合云降水和层状云降水),分析了联合遥感方法的订正效果,结果表明,联合遥感方法可对雷达反射率进行有效的衰减订正,订正后雷达回波的空间结构、回波强度和路径分布较为合理,订正后雷达反射率因子平均值在两个个例中分别增加1.71 dBZ和0.84 dBZ,略小于双偏振方法订正后的结果。     

大雨滴对雷达定量测量降水的影响研究

根据米散射雷达截面公式,分别利用模拟M-P谱分布和模拟强降水对流谱分布以及实测强降水雨滴谱资料,计算粒子直径6次方之和(Zd)与3.2 cm、5.5 cm和10 cm三种波长雷达的等效反射率因子值(Ze)及二者之间的差值,进而分析其对雷达定量测量降水的影响。结果表明:随着降水强度增大,单位体积内雨滴个数(N)、大雨滴含量和Zd值均增加,对3.2 cm波长雷达,ZeZd且Ze-Zd增大,差值超过2 dB;对5.5 cm波长雷达,Ze由小于Zd值逐渐转变为大于Zd值,差值在±1 dB左右;对10cm波长雷达,ZeZd且|Ze-Zd|增大,差值达-1 dB;在同一滴谱分布下,波长越短,大雨滴对雷达反射率因子测量值影响越大,对雷达定量测量降水影响越严重。     

我国Ka频段降水测量雷达机载校飞试验结果

2010年6—10月在天津与江苏地区开展了国内首次Ku/Ka频段星载降水测量雷达机载校飞试验。此次校飞试验获得了宝贵的机载雷达观测数据和地面、海面同步观测数据,目前已开展了外定标、数据对比与衰减订正等工作。该文给出了天津校飞试验中Ka频段降水测量雷达实测结果,对Ka频段降水测量雷达资料与天津地区S波段地基多普勒雷达资料进行了详细的对比分析,有利于更好地了解Ka频段降水测量雷达仪器本身的性能及其探测降水的能力;利用由GPS探空资料、地基多通道微波辐射计观测亮温结合微波辐射传输模式得到的雷达路径积分衰减量,对Ka频段降水测量雷达进行了衰减订正,为继续开展降水反演工作奠定了基础。     

雷达和微波辐射计测雨特性比较及其联合应用

分析了雷达测雨和微波辐射计测雨两种方法的原理特点。根据Mie散射公式计算所得模式雨滴谱和实际雨滴谱的各种微波辐射特性,定量分析了两种方法各自的可靠性和测雨能力。在此基础上,提出了一个雷达-辐射计联合测雨的求解方法,证明可较好地改进现有遥感测雨能力。     

一次降水过程云液态水和降水演变特征的综合观测分析

利用IP/WVP-3000地基微波辐射计、多普勒雷达结合卫星及地面雨量计等多种遥感观测资料,对2007年6月30日北京地区的一次积层混合云降水过程的云液态水和降水的分布及演变特征进行了综合观测分析。分析表明:降水开始前,辐射计液态水含量有明显增加,地面降水的产生滞后于液态水含量增加一段时间,利用这种现象,可用于提前预测云系正处于降水产生的发展阶段,应用于人工增雨作业。在相同时间对同一位置进行探测的雷达和辐射计资料显示,雷达回波垂直分布趋势与辐射计液态水的垂直分布趋势有着较好的对应关系。此外空中液态水分布,特别是低层液态水的分布,与地面降雨的产生有着直接的关系。     

降水条件下的云雷达与微波辐射计反演液态水含量对比分析

为了发展云雷达与微波辐射计联合反演液态水含量的方法, 利用2019年4—9月中国气象科学研究院在广东龙门开展的综合观测试验中的双波段云雷达和微波辐射计数据, 首先检验了在降水条件下微波辐射计天顶观测和斜路径观测两种探测模式反演温度(T)、相对湿度(RH)、液态水含量(LWC)和液态水路径(LWP)的合理性, 然后分析了两种探测设备反演LWC和LWP的差别。得到以下结论: (1)微波辐射计在斜路径观测模式下反演的产品受降水影响较小, 其反演结果明显优于天顶观测模式; (2)两种探测设备反演的LWP相关性较好且随时间变化较为一致, 但云雷达反演LWP与平均回波强度有明显相关, 随着雷达回波强度的增大, 云雷达与微波辐射计反演的LWP之比越大; (3)两种探测设备反演的LWC相关性较差且存在明显偏差, 在不考虑融化层的情况下单波段云雷达反演LWC与微波辐射计随高度变化趋势相近, 双波段云雷达反演LWC与微波辐射计反演结果在1 km及其以上区间存在明显差异。      

微波辐射计观测同降水相关性的研究

利用南阳站微波辐射计反演产品数据,结合L波段探空、多普勒天气雷达和地面雨量等资料,分析了2017年6月4—5日南阳地区一次降水过程中水汽与液态水变化特征,并对2017年6—8月不同降水条件下该地区的水汽与液态水总含量进行了统计。结果表明:微波辐射计反演的产品数据较准确,可靠性较强,可应用于日常业务工作和科研中。降水开始前,水汽总含量与液态水总含量明显增加,随着降水减弱结束,水汽总含量与液态水总含量减少。利用这一现象,可以将水汽和液态水的变化作为选择人工影响天气作业最佳时机的辅助判别条件。对比同时刻、同位置的雷达和微波辐射计资料发现,水汽总含量和液态水总含量跃增时对应较强雷达回波。水汽总含量达到5 cm、液态水总含量达到1 mm,可以作为判断南阳地区夏季降水开始的参考值。     

云雷达联合微波辐射计反演混合性降水层云液态水含量的方法研究

单独利用云雷达反演液态含水量(LWC)廓线,由于降水粒子与冰相粒子的影响,反演结果误差较大。单独利用微波辐射计反演LWC廓线,由于无法得到云的垂直结构,结果也不理想。在云雷达联合微波辐射计反演暖云LWC廓线方法的基础上,根据回波强度区分云滴粒子与降水粒子,根据温度区分云滴粒子与冰相粒子,建立粒子分布模型,提出了利用云雷达回波强度数据与微波辐射计液态水路径数据(LWP)联合反演混合性降水层云LWC廓线的算法,基于2014年6月6日与7日两次混合性层云降水个例,联合反演LWC廓线,分析了该联合反演算法的稳定性和合理性,结论如下:(1)与直接用单一Z-LWC经验关系的方法相比,根据联合反演算法,剔除回波强度中的冰相粒子信息,区分云滴粒子和降水粒子,并采用不同Z-LWC经验关系的方法更加合理。(2)影响联合反演算法的7个参数(非降水粒子Z-LWC经验关系的系数a_1与b_1等)中,降水粒子Z-LWC经验关系系数a_2与b_2的改变对联合反演算法结果影响稍大,偏差在20%~30%左右,而其他参数的改变对结果的影响很小,偏差小于5%,联合反演算法的稳定性较好。(3)联合反演得到的LWC廓线与微波辐射计输出的LWC廓线相比,廓线分布更为合理。     

数字化3cm天气雷达定量测量降水的结果和讨论

本文讨论了3cm天气雷达在兰州地区定量测量降水及其精度;分析了不同降水类型和衰减等对测量的影响;讨论了地面雨量计订正雷达测量值的方法和效果。     

TRMM卫星微波成像仪资料的陆面降水反演

为了探讨微波亮温与降水的关系,用TRMM卫星上微波降水雷达PR、微波辐射计TMI资料和973资料组提供的2002年6～7月120站的每小时自记降水记录,采用逐步回归方法,反演陆面降水.通过资料匹配分析显示,由于时空匹配问题,站点降水与微波辐射计亮温及亮温的组合因子的相关性并不高,明显低于TRMM卫星的测雨雷达PR与微波辐射计亮温及其组合因子的相关程度,因此仅用微波亮温和站点降水难以建立较好的反演算式.结合时空匹配较好的TRMM卫星降水雷达PR、微波辐射计TMI资料,建立新的算式,并且和其它算式进行比较.就反演降水结果而言,新算式比原有算式有一定改善,但对6～10 mm/h的降水来说,新算式与原有算式反演结果都较差.     

雷达信号的相关分析和谱分析

运动质点的多普勒效应使它们散射的雷达信号呈现为一种随机过程,对这随机过程的统计特性进行分析就能够推断云和降水的微物理或运动学的状况。本文由这种观点讨论了雷达气象的几种测量原理,它能够比较清楚地阐明每种方法的实质,也便于对各种方法的优缺点进行对比。文中还讨论了脉冲波列的谱分析问题,涉及了如何根据雷达测量结果去推断云和降水的微物理或运动学状况的问题。     

降水回波谱参数估算雨滴谱参数的算法研究

地基遥感雷达反演云中降水参数有助于认识降水云微物理过程,本文提出一种直接由垂直指向雷达回波谱参数估算雨滴谱参数的方法;当雨滴谱满足Gamma函数分布时,联合雷达气象方程、雨滴下降末速度与雨滴直径关系,建立雷达降水回波谱参数反演雨滴谱参数的方程组,采用隐函数显化和级数展开进行方程求解,得到雨滴谱参数估算结果。用正演方法建立检验数据库,使用平均相对误差平均值对近似求解的雨滴谱参数精度进行检验,截距参数为0.83%、斜率参数为3.04%、形状参数为13.60%。对2012年7月22-23日云南腾冲的1320 M Hz雷达垂直波束探测降水回波谱参数进行了雨滴谱参数估算,并与地面激光雨滴谱仪获取的雨滴谱参数进行了比较,两者的平均粒径基本相同。使用风廓线雷达等垂直探测雷达回波谱参数估算雨滴谱参数的方法适用于稳定层状降水云。     

机载微波辐射计云中含水量的探测

通过对2003年4月18日在延安地区用单波长(0.95 cm)机载微波辐射计探测到的层状云云中液态水含量的分析,结果表明,层状云中的过冷水平均含量为0.0171 g.m-3。分析其变化,发现云中垂直向的液态水存在高值区,这一区有助于人工引晶催化增雨(雪)作业,有利于冰晶的增长,可提高人工催化作业的效果。与机载粒子测量系统(PMS)及地面711数字化雷达的探测结果进行比对,机载微波辐射计和PMS粒子测量系统的探测结果有较好的一致性;并且在垂直区域的探测上比PMS粒子测量系统更具有代表性;与711数字化雷达的探测结果也吻合。     

长沙冬季降水过程的微波辐射计反演参量特征分析

利用微波辐射计、探空气球、天气雷达和地面雨量等资料,对2020年1-3月长沙国家站5次降水过程的微波辐射计和探空温度廓线、水汽密度进行检验的基础上,分析了 5次降水过程中微波辐射计反演的水汽含量、液态水含量与雷达资料、降水量的变化特征.结果表明,微波辐射计反演的大气温度、水汽密度廓线精度较高,其反演的大气水汽资料可以作...     

风云三号降水测量雷达技术性能分析

风云三号降水测量卫星主要用于台风等灾害性天气系统强降水的监测,并提供全球中低纬度地区降水的结构信息。降水三维结构的准确测量是通过风云三号降水测量卫星的核心载荷——双频降水测量雷达实现的。首先介绍了风云三号降水测量雷达的主要任务与探测能力要求,然后通过仿真技术对降水测量雷达距离分辨率、水平分辨率、扫描角度、天线旁瓣电平、测量精度、波束匹配精度等主要技术性能指标进行了详细的分析。最后,利用于2010年开展的降水测量雷达样机航空校飞试验评估验证了降水测量雷达的各项功能和主要性能参数。结果表明,风云三号降水测量雷达整体降水探测性能与全球降水测量卫星的双频降水雷达相当。     

三波段地基微波辐射计联合遥感云雨大气参数的方法

本文提出了一种用三波段（0.86，1.35，3.2 cm）地基微波辐射计联合反演雨天大气的水汽总量Q，云路径积分液水含量L和雨的垂直路径参数的物理迭代方法。134份样本数值检验结果表明:当雨强小于20 mm／h时，反演的Q，L及雨参数值与模拟真值的相对误差分别在4％，18％，13％以内；当雨强超过20 mm／h时，相对误差分别是25％，57％和3％。文中还特别指出，单独用3.2 cm辐射计测小雨雨强时，相对误差很大，而联合反演能大大提高测雨精度。最后，讨论了该方法的实际应用可能性，表明三波段联合，为全天候监测大气中的水，提供了实际可行的途径。     

测雨雷达的视频积分处理器

测雨雷达探测到的降水回波,由于降水质点的大小、密度及其相对位置的迅速不规则的变化,其相应的回波强度也迅速地上下变化着,这种现象称为回波的涨落。回波的涨落影响了雷达对降水的定量测量,近年来为了解决这一问题,对回波的涨落进行了研究,设计了一种视频积分处理器,对回波信号进行积分平均处理,使得雷达测定降水趋于定量化。视频积分处理器是应用电子学的方法,将雷达探测范围区分成径向距离为1—2公里的许多小的面积     

风云三号(03)批降水测量卫星探测能力及应用

风云三号(03)批是我国第二代极轨业务气象卫星的第三个批次,由上午、下午、晨昏和降水测量四颗业务卫星组成。其中,我国首发的降水测量卫星计划装载双频降水测量雷达、微波成像仪、GNSS掩星探测仪和光学成像仪。通过仿真技术,分析风云三号降水测量卫星的功能、性能和设计指标,探讨其降水探测能力。分析表明,风云三号降水测量卫星装载的降水测量雷达从设计层面分析,与美日第二代降水测量卫星GPM搭载的降水雷达DPR性能相当;风云三号降水测量卫星的轨道设计覆盖了南、北纬50°范围内的热带和中纬地区,对影响我国区域的台风系统结构具有三维探测能力;风云三号降水测量卫星上装载的被动微波辐射计相比GPM搭载的微波成像仪增加了50~60和118GHz双氧吸收通道,对陆地弱降水反演等具有应用潜力。总之,风云三号降水测量卫星加上同星配置的其他载荷,整星的降水探测能力优于美日第二代降水测量卫星GPM。